(杨荣武)生物竞赛讲义-生物化学-29脂肪酸代谢-《生物化学原理(第二版)(代谢生物化学)》(57P

Knoop的苯环标记实验
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
β-氧化的反应历程
脂肪酸的活化 脂酰-CoA的转运 四步反应的重复循环
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CoA激活FFA，以便其氧化
脂酰-CoA合成酶将脂肪酸与 CoA缩合，伴随 着ATP水解成AMP 和 PPi
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脂肪酸的β-氧化
☺Knoop发现，脂肪酸一定是通过一次除去1个 二碳单位进行降解。
☺Albert Lehninger证明氧化发生在线粒体 ☺F. Lynen和E. Reichart证明 2-C单位是乙酰-
CoA，不是游离的乙酸。 ☺由于β-C被氧化成羰基，故被称为β-氧化。
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脂肪酸的ω-氧化
脂肪酸的ω-氧化发生在它的末端甲基即ω-碳 原子上，被氧化的脂肪酸也不需要活化，参 与ω-氧化的酶主要位于内质网上，其中的混 合功能加氧酶需要细胞色素P450、O2和 NADPH。
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脂肪酸的ω-氧化
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脂酰-CoA的形成付出了巨额的能量代价 但随后 PPi 的水解驱动了反应前进 注意脂酰-AMP是反应的中间物!
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脂肪酸的活化
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肉碱作为脂酰基的载体
肉碱将脂酰基运载通过线粒体内膜
酮体
☺包括丙酮、乙酰乙酸和D-β-羟丁酸， 其合成的场所位于肝细胞的线粒体基 质。
☺是脑、心脏和肌肉的燃料 ☺是饥饿期间脑细胞的注意能源 ☺是脂肪酸可运输的形式!
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酮体的形成
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线粒体和非线粒体β-氧化反应的异同
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脂肪酸的α-氧化
α-氧化直接在游离的脂肪酸上进行， 它并不需要激活，不产生ATP，既可 以发生在内质网，也可以发生在线粒 体或过氧化物酶体。
不饱和脂肪酸的β-氧化
不饱和脂肪酸在进行氧化的时候所遇到 的问题是如何处理它本来就有的位置不 对的顺式双键，当顺式的双键进入β号 位以后，将不能继续进行β-氧化。这时 需要特殊的异构酶即烯脂酰-CoA异构酶 来改变双键的位置和性质，使之转变为 可被脂酰-CoA脱氢酶识别的2号位的反 式双键，这样β-氧化又可以继续了。
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β-氧化小结
以1分子软脂酸为例，需要经过7轮β-氧化循环， 共产生8分子乙酰-CoA、7分子FADH2和NADH， 总反应式为： 软脂酰-CoA＋7FAD＋7NAD＋＋7H2O→ 8乙酰-CoA＋7FADH2＋7NADH＋H＋
其完全氧化可以产生106分子ATP
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第二十九章 脂肪酸代谢
杨荣武 生物化 学原理 第二版
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提纲
一、脂肪酸的分解
1. 脂肪酸的β-氧化
1. 脂肪酸的α-氧化和ω-氧化 2. 酮体的生成和利用
二、脂肪酸的合成
1. 脂肪酸合成的一般性质 2. 脂肪酸合成的详细机制
三、脂肪酸代谢的调控
1. 脂肪酸分解代谢的调控 2. 脂肪酸合成代谢的调控
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脂肪酸的分解代谢
脂肪酸的分解是以氧化的形式进行的， 而氧化的方式有α-氧化、β-氧化和ω-氧 化，其中β-氧化是主要的方式。
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脂酰-CoA脱氢酶与呼吸链之间的联系
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加水
这是一步由烯酰-CoA水化酶催化的反应，H2O 作为底物参加反应。反应也是高度立体专一性 的，被水化的双键只能是反式，而生成的产物 只会是L-羟脂酰-CoA，而且羟基一定加在β-碳 原子上。
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单不饱和脂肪酸（油酸）的β-氧化
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多不饱和脂肪酸（亚油酸）的β-氧化
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奇数脂肪酸的氧化
奇数脂肪酸的氧化实际上就是丙酰-CoA的氧 化，因为碳原子数目≥5以上的奇数脂肪酸完 全可以和偶数脂肪酸一样进行β-氧化直到丙酰 -CoA出现为止 。
变成乙酰CoA 柠檬酸-丙酮酸穿梭系统提供细胞质基质
中的乙酰CoA和NADPH
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柠檬酸-丙酮酸跨膜穿梭系统
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再脱氢
这又是一步氧化还原反应，由羟脂酰-CoA 脱氢酶催化，被氧化的是β-碳原子，NAD+ 为电子受体，产物为β-酮脂酰-CoA和 NADH。后者直接进入NADH呼吸链，产 生2.5分子ATP。
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琥珀酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶
总量
8 FADH2 8 NADH
8×1.5＝12 8×2.5＝20
106
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β-氧化的功能
☺产生ATP，其产生ATP的效率要高于葡萄糖。 ☺产生大量的H2O。这对于某些生活在干燥缺水
环境的生物十分重要，像骆驼已将β-氧化作为 获取水的一种特殊手段。
丙酰-CoA的氧化是将它转变为偶数的琥珀酰CoA即可。
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丙酰-CoA的氧化的利用
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超长链脂肪酸的β-氧化
大于18个碳原子的脂酰-CoA难以进入线粒体 进行β-氧化，但是可以进入过氧化物酶体或 乙醛酸循环体进行β-氧化。脂酰-CoA进入过 氧化物酶体或乙醛酸循环体需要膜上的一种 运输蛋白，但不需要肉碱。
1分子软脂酸彻底氧化以后ATP的收支情况
与ATP产生有关的酶 NADH或FADH2产生的量 最终产生ATP的数目
脂酰-CoA合成酶
－2
脂酰-CoA脱氢酶 羟脂酰-CoA脱氢酶
异柠檬酸脱氢酶 α-酮戊二酸脱氢酶 琥珀酰-CoA合成酶
7 FADH2 7 NADH 8 NADH 8 NADH
7×1.5＝10.5 7×2.5＝17.5 8×2.5＝20 8×2.5＝20 8 GTP＝8 ATP
一轮β-氧化循环的四步反应
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脱氢
这是一步由脂酰-CoA脱氢酶催化的氧化还原反应， FAD为电子受体
从一种叫Ackee的植物中提取的降糖氨酸是该酶的强抑 制剂。
脱氢反应是高度立体专一性的，产物是Δ2-反烯脂酰CoA和FADH2。
后者经过电子传递黄素蛋白（ETF）、铁硫蛋白和CoQ 进入呼吸链，1分子FADH2产生1.5分子ATP。
工 匠 精 神 读 后感 人 器 不 器 的 ,往低了 说不能 成为一 种工具 ,往高了 说无非 是努力 做到“无用之用”。
至 于 不 拘 泥 于自己 的格局 ,要 勇 于 尝 试 突 破,背后 也无非 是学习 和眼界 。中国 人,对于 成器这 个事情 ,一直 纠结的
可 以 ,爱
杨荣武 生物化 学原理 第二版
动碳链延伸的动力； 5. 软脂酸通常是反应的终产物； 6. 软脂酸以外的脂肪酸通过修饰、延伸等反应
形成。
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脂肪酸分解与合成的比较
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挑战：细胞质基质中的乙酰CoA从何而来？
氨基酸降解在细胞质基质产生乙酰CoA 脂肪酸氧化在线粒体产生乙酰CoA 糖酵解产生的丙酮酸进入线粒体基质转
先天缺乏α-氧化相关的酶可导致 Refsum氏病。
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植烷酸这样的脂 肪酸因它的β-碳 原子被甲基封闭 住了，在细胞内 难以直接进行β氧化，必须先通 过α-氧化去除1个 碳原子以后才可 以进行β-氧化。
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精神读后感。 工 匠 精 神 读 后感更 不要因 为生活 影响工 作。领 导不希 望看见 因为工 作和生 活失衡 影 响 工 作 效 率的员 工。父 母也不 希望看 见因为 工作和 生活失 衡影响 儿女感 情。解 决 这 个 问 题 的人就 是你,只 有你能 平衡工 作和生 活。不 要找任 何理由 。只有 你才能 确 定 自 己 的 价值观 和优先 顺序,只 有你才 能从中 取舍,只 有你才 能弄清 选择的 后果, 只 有 你 才 能 合理的 安排自 己的日 程表和 生活,安 排工作 和家庭 ,然后执行自己的选择
酮体的利用
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脂肪酸的合成代谢
1. 除了植物在质体内，其它生物合成的场所均 为细胞质基质；
2. 从头合成需要乙酰-CoA作为引物； 3. 丙二酸单酰-CoA作为活化的“二碳单位”供
体； 4. 丙二酸单酰-CoA的脱羧反应和NADPH作为驱
硫脂解
这是一步由硫脂解酶催化的反应，反应机制 如下：酶活性中心的一个Cys残基上的巯基 亲核进攻β-酮基碳，释放出乙酰-CoA，形成 与硫酯键相连的但少了2个碳原子的脂酰-酶 中间物，随后，CoA上的巯基取代Cys上的 巯基产生新的脂酰-CoA 。
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短链脂肪酸可以直接进入线粒体基质 长链脂肪酸不行。 长链脂肪酸要先转变成脂酰肉碱，才可
以进入基质 在基质，脂酰-CoA重新形成。
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脂酰-CoA的跨线粒体内膜的转运 （脂肪酸氧化的限速步骤）
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脂酰-肉碱的合成
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脂肪酸的 -氧化
四步反应的重复循环
策略： 在-C产生一个羰基 第3步反应产生，第4步切开“-酮酯" 产物：乙酰-CoA、少两个C的脂酰-
CoA、 FADH2和NADH 类似前三步的反应发现在其他代谢途
径之中
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β-氧化的挑战
不饱和脂肪酸的氧化 奇数脂肪酸的氧化 含有分支的脂肪酸的氧化
-氧化的挑战 生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
单不饱和脂肪酸 多饱和脂肪酸
奇数脂肪酸
β-C含有甲基
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